CN114309625A - 一种高熵合金增强铝基复合材料的制备方法及产品 - Google Patents

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李梓箫
潘爱琼
常乐怡
刘金超
季齐宝
谢敬佩
杨赛赛
冯悦
武莹莹
马窦琴
高铭
崔云峰
王爱琴
柳培
毛志平
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Abstract

本发明公开了一种高熵合金增强铝基复合材料的制备方法及产品，属于铝基复合材料技术领域。所述制备方法的步骤包括：将高熵合金粉末与铝合金粉末混合，球磨后压制成型，成型件先烧结，再进行热挤压，制得高熵合金增强铝基复合材料。本发明通过采用混粉+冷等静压+烧结+热挤压的制备工艺，减少高熵合金与铝基材料共热的时间，有效提高高熵合金增强铝基复合材料的强度和塑性。本发明制得的高熵合金增强铝基复合材料在抗拉强度、延伸率、耐磨性等方面均表现良好。

Description

一种高熵合金增强铝基复合材料的制备方法及产品
技术领域
本发明涉及铝基复合材料技术领域，特别涉及一种高熵合金增强铝基复合材料的制备方法及产品。
背景技术
铝基复合材料在比刚度、比强度、耐腐蚀、等方面的性能表现优异，从而具有广阔的应用前景。
颗粒增强铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体，以金属或非金属颗粒为增强相的非均质混合物。颗粒增强铝基复合材料由于具有优良的高温力学性能、耐磨性和低的热膨胀系数、简单的制备工艺，低廉的增强体成本，容易实现工业化大批量生产，成为铝基复合材料的研究重点，其产品已经在航天航空、军事、汽车、电子、体育等领域广范应用。
高熵合金(HEA)具有高强度、良好的热稳定性，具有高的耐磨性能和耐腐蚀性能，是一种极具潜力的结构-功能材料。由于金属-金属之间界面结合性能良好，因此，采用高熵增强铝基复合材料具有良好的界面特性，采用高熵合金增强铝合金，可以解决陶瓷颗粒本身与铝不润湿的特点。
然而对于AlSi12合金材料为基体的颗粒增强方法，本领域中并没有相关的研究。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种高熵合金增强铝基复合材料的制备方法及产品。通过采用混粉+冷等静压+烧结+热挤压的制备工艺，减少高熵合金与铝基材料共热的时间，有效提高高熵合金增强铝基复合材料的强度和塑性。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明技术方案之一：提供一种高熵合金增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将高熵合金粉末与铝合金粉末混合，球磨后压制成型，成型件先烧结，再进行热挤压，制得高熵合金增强铝基复合材料。
优选地，所述高熵合金粉末为AlCoCrFeNi高熵合金粉末；所述铝合金粉末为AlSi12粉末。
本发明选用的AlCoCrFeNi高熵合金具有强度硬度大，热膨胀系数较低等特点；而且熔点较高，不易与基体发生反应；高熵合金作为金属，金属与金属之间具有天然优良的结合，作为增强体加入基体后，铝基复合材料可实现力学性能的有效提升。
更优选地，所述AlCoCrFeNi高熵合金粉末的粒径≤25μm；所述AlSi12粉末的粒径≤45μm；所述AlCoCrFeNi高熵合金粉末与所述AlSi12粉末的体积比为7:93。
优选地，所述球磨的球料重量比为10:1，转速为170r/min；时间为8h。
优选地，所述压制成型采用冷等静压，压力为240MPa，时间为15s。
优选地，所述烧结为真空烧结。
更优选地，所述真空烧结的真空度为1×10-3Pa，升温程序为室温～300℃，升温速率为3℃/min，保温30min，300℃～450℃，升温速率为2℃/min，保温30min。
优选地，所述热挤压的挤压温度为450℃，挤压比为6.25:1。
本发明技术方案之二：提供一种根据上述制备方法制得的高熵合金增强铝基复合材料。
本发明的有益技术效果如下：
本发明采用粉末冶金法制备的高熵合金增强铝基复合材料，制备温度较低，有效控制界面反应，拥有良好的界面结合强度，有利于复合材料性能的发挥。
本发明采用的热挤压是改善材料综合性能进一步提高材料致密度的手段，可以通过提高材料的致密度，从而起到性能改善的作用。
本发明加入的高熵合金可以在提高材料强度的同时，还能保持较好的塑性，有效提高铝基复合材料的实用性。同时，高熵合金作为增强体增强铝基复合材料，由于高熵合金与铝基体优秀的金属与金属结合性，减小了由于增强体与基体结合性较差导致的铝基复合材料塑性的降低的问题。
本发明通过优化制备工艺，大大减少了高熵合金与铝基材料共热的时间，有效地提高了高熵合金增强铝基复合材料的强度和塑性。
本发明制得的高熵合金增强铝基复合材料在抗拉强度、延伸率、耐磨性等方面均表现良好。
附图说明
图1为实施例1制备的铝基复合材料放大500倍的金相组织图。
图2为实施例1制备的铝基复合材料放大10000倍的金相组织图。
图3为实施例1制备的铝基复合材料的拉伸断口图。
图4为实施例1制备的铝基复合材料和AlSi12合金的应力应变曲线图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明实施例中所用AlCoCrFeNi高熵合金粉末中各元素的质量比为：Al:Co:Cr:Fe:Ni＝1:1:1:1:1。
本发明所用AlCoCrFeNi高熵合金粉末的密度为：7.122g/cm3。
本发明所用AlSi12粉末的密度为：2.649g/cm3。
实施例1
以AlCoCrFeNi高熵合金粉末和AlSi12粉末为原料，首先根据体积比7:93结合密度参数换算出所需原料的质量，采用精度为0.001g的天平称取出需要的质量，然后将称取的粉末装入混料瓶中，并提前在混料瓶中装入称好的不锈钢磨球，磨球的直径分别为5mm、10mm、15mm，球料重量比为10:1。将装好的混料瓶放到滚筒式混料机上进行8小时混料，转速为170r/min。将混合均匀的粉末取出，装进橡胶模具中，采用细铁丝将两端密封，密封完毕后放入冷等静压机中压制成型，工艺为保压240MPa，时间为15s。取出压制后的试样，放入真空烧结炉中进行烧结，烧结炉中的真空度为1×10-3Pa，烧结工艺为以3℃/min的升温速率从室温到300℃，保温30min，以2℃/min的升温速率从300℃升至450℃，保温30min，之后随炉冷却，得到尺寸为50mm×100mm的圆柱形钛基复合材料试样，对铝基复合材料进行热挤压，热挤压工艺为：挤压温度450℃，挤压比6.25:1，制得AlCoCrFeNi/AlSi12复合材料。
利用光学金相显微镜对实施例1所制得的材料进行观察：
图1为实施例1制备的铝基复合材料放大500倍的金相组织图。
图2为实施例1制备的铝基复合材料放大10000倍的金相组织图。
从图1和图2中可以看出，颜色较亮的为高熵合金颗粒，均为球形，均匀的分布于基体上；还有细小的Si颗粒分布在颜色较深的Al上，在图二中可以看出Al与高熵合金界面具有较好的结合。
图3为实施例1制备的铝基复合材料的拉伸断口图。
从图3中可以看出，断口中的高熵合金颗粒主要存在两种形态，一种是完整的被拔出，另一种为断裂的高熵合金颗粒，可见HEA颗粒在复合材料变形时起到了很好的承载作用。
图4为实施例1制备的铝基复合材料和AlSi12合金的应力应变曲线图。
从图4中可以看出，随着高熵合金的加入，延伸率和抗拉强度均有所提升。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高熵合金增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将高熵合金粉末与铝合金粉末混合，球磨后压制成型，成型件先烧结，再进行热挤压，制得高熵合金增强铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的高熵合金增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述高熵合金粉末为AlCoCrFeNi高熵合金粉末；所述铝合金粉末为AlSi12粉末。
3.根据权利要求2所述的高熵合金增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述AlCoCrFeNi高熵合金粉末的粒径≤25μm；所述AlSi12粉末的粒径≤45μm；所述AlCoCrFeNi高熵合金粉末与所述AlSi12粉末的体积比为7:93。
4.根据权利要求1所述的高熵合金增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述球磨的球料重量比为10:1，转速为170r/min；时间为8h。
5.根据权利要求1所述的高熵合金增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述压制成型采用冷等静压，压力为240MPa，时间为15s。
6.根据权利要求1所述的高熵合金增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述烧结为真空烧结。
7.根据权利要求6所述的高熵合金增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述真空烧结的真空度为1×10-3Pa，升温程序为室温～300℃，升温速率为3℃/min，保温30min，300℃～450℃，升温速率为2℃/min，保温30min。
8.根据权利要求1所述的高熵合金增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述热挤压的挤压温度为450℃，挤压比为6.25:1。
9.一种根据权利要求1～7任一项所述制备方法制得的高熵合金增强铝基复合材料。
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